KR20080006643A

KR20080006643A - 취성 재료에 초음파 유도 크랙 확대

Info

Publication number: KR20080006643A
Application number: KR1020077028416A
Authority: KR
Inventors: 예르카 우크라인씨지크
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2005-05-06
Filing date: 2006-05-01
Publication date: 2008-01-16
Also published as: CN101193731A; EP1883511A4; EP1883511A2; WO2006121756A2; US20060249553A1; TW200712019A; CN101193731B; JP2008540169A; WO2006121756A3

Abstract

취성 재료의 시트는 미리 스코어된 시트 재료에 초음파 에너지를 인가함으로써 스코어 라인을 따라 분리된다. 상기 취성 재료는 이동 리본의 형태이며, 스코어 라인을 따라 크랙 확대를 강화시키기 위해 스코어 라인에 걸쳐 하중이 인가된다.

취성 재료, 스코어 라인, 크랙, 초음파 에너지, 스크라이빙 어셈블리

Description

취성 재료에 초음파 유도 크랙 확대{ULTRASONIC INDUCED CRACK PROPAGATION IN A BRITTLE MATERIAL}

본 발명은 취성 재료의 시트 분리에 관한 것으로, 특히 그 취성 재료에 초음파 에너지를 인가함으로써 스코어 라인(score line)을 따라 크랙(crack)을 개시 및 확대시키는 것에 관한 것이다.

기존에는 원하는 구성 또는 형태로 조각을 형성하기 위해 유리, 비정질 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 재료와 같은 취성 재료(brittle material)의 시트를 컷팅하거나 성형하기 위한 2가지 기술이 채용되었다. 첫번째 기존의 방법은 취성 재료의 표면을 스코어(score)하기 위해 다이아몬드 또는 텅스텐 팁(tip)과 같은 단단한 장치에 의해 시트를 기계적으로 스크라이빙(scribing)하는 것을 포함하며, 이후 그 재료에 인가된 밴딩 모멘트(bending moment)에 의해 스코어 라인을 따라 그 재료를 절단한다. 통상, 상기 밴딩 모멘트는 스코어 라인을 따라 상기 취성 재료를 물리적으로 휨으로써 제공된다. 그러나, 이러한 공정은 상기 밴딩 모멘트에 의해 시트에 상당한 에너지를 야기시키기 때문에 재료의 신뢰할 만한 구성이나 제 조 공정에는 적합하지 않다. 또한, 이러한 방법의 분리는 새롭게 형성된 엣지(edge)를 따라 트위스트-핵클(twist-hackle)을 야기한다.

두번째 기존의 기술은 미국특허 제5,776,220호에 개시된 바와 같은 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 포함한다. 통상의 레이저 스크라이빙은 연속파 레이저에 의해 취성 재료의 국한된 영역을 가열한 후, 가스와 같은 냉각제 또는 물과 같은 액체를 공급하여 그 가열된 영역을 즉시 냉각시킨다. 레이저 스크라이빙된 재료의 분리는 기계적인 스크라이빙에 따른 휨을 이용한 기계적인 절단이나 또는 두번째 더 높은 에너지의 레이저빔에 의해 달성될 수 있다. 상기 두번째 더 높은 에너지의 레이저빔은 휨 없이 분리를 가능하게 한다. 그러나, 그 분리는 느리며, 종종 크랙 확대를 제어하기가 곤란하다. 상기 두번째의 레이저빔은 또한 열 체크를 하게하여 높은 잔여 스트레스를 야기한다.

따라서, 취성 재료의 시트의 휨을 필요로 하지 않으면서 시트의 조작을 최소화하는 반복가능 및 균일한 분리를 필요로 한다. 또한, 수직 성형(드로우(draw) 상태로) 또는 수평 성형(예컨대, 플로트 유리(float glass)) 동안 사용될 수 있는 장애가 감소된 분리를 필요로 한다. 또한, 분리를 야기한 휨과 관련된 트위스트-핵클 왜곡(twist-hackle distortion)의 감소를 필요로 한다. 재료의 물리적인 휨, 또는 극단적인 온도 구배의 도입을 필요로 하지 않으면서 스코어 라인을 따라 그 취성 재료의 분리를 필요로 한다. 특히, 리본(ribbon)을 따라 윗쪽으로 확대될 수 있는 전달된 장애를 감소시키면서 취성 재료의 연속 이동 리본으로부터 판유리(pane)를 분리할 필요가 있다.

본 발명은 상당한 밴딩 모멘트, 또는 충격하중의 인가를 필요로 하지 않고 취성 재료의 분리를 제공한다. 또한, 본 발명은 리본 내로 도입되는 장애를 감소시키면서 취성 재료의 연속 이동 리본으로부터 취성 재료의 판유리의 반복가능 및 균일한 분리를 제공한다. 더욱이, 본 발명의 시스템은 분리를 야기하는 밴딩 모멘트에서 통상 관찰된 트위스트-핵클을 감소시키는 취성 재료의 시트 분리를 가능하게 한다.

본 발명은 안정, 독립 또는 고정된 시트 재료를 분리하는데 사용될 수 있다. 그러나, 리본의 재료로부터 판유리를 분리하기 위한 특정 응용가능성이 존재하며, 또한 이동하는 리본의 유리로부터 판유리를 분리하기 위한 응용가능성이 존재한다.

일반적으로, 초음파 에너지는 크랙을 형성하여 미리 형성된 스코어 라인을 따라 크랙을 확대시키도록 취성 재료에 인가된다. 통상, 초음파 에너지는 스코어 라인에서 또는 그 재료의 대향측에서 스코어 라인의 국한된 영역에 인가된다. 하중을 인가함으로써, 시트를 팽팽하게 하여 하나의 국한된 지점에 인가된 초음파 에너지를 효율적으로 확대시킬 수 있다. 초음파 에너지의 주파수를 선택함으로써, 초음파 에너지의 진폭 및 장력이 스코어 라인을 따라 가로지르며, 본 발명 시스템은 다수의 취성 재료를 분리시키기 위해 사용될 수 있다.

연속하는 유리의 리본으로부터 판유리를 분리하기 위한 현재의 구성에 있어서, 본 발명은 리본의 윗쪽으로 이동할 수 있는 유해한 장애의 도입을 감소시킨다. 본 발명은 이전 시스템과 관련된 본질적인 밴딩 모멘트 또는 충격하중을 전달하지 않고 리본으로부터 판유리의 분리를 가능하게 한다. 따라서, 리본의 윗쪽으로 감소된 에너지가 이동된다.

본 발명의 추가적인 특징 및 장점은 이하의 설명에 의해 기술되며, 부분적으로는 당업자가 곧바로 그 설명에 의해 쉽게 알 수 있으며, 또 여기에 기술된 바와 같은 본 발명을 실시함으로써 알 수 있을 것이다. 설명의 목적을 위해, 이하의 설명에서는 유리 제조와 관련하여 기술한다. 그러나, 취성 재료를 유리로 지정한 청구항들 외에는 본 발명의 부가된 청구항들로 한정하지는 않는다.

상기의 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 본 발명의 예시이며, 이하 청구한 바와 같은 본 발명의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개관 또는 뼈대를 제공하기 위한 것이다. 또한, 상술한 본 발명의 특징들은 이하의 기술 및 청구된 본 발명의 바람직한 실시예 및 또 다른 실시예 뿐만 아니라 독립적으로 또는 어떠한 모든 조합에도 사용될 수 있다.

수반되는 도면들은 본 발명의 이해를 돕기위해 제공되며, 본 명세서의 일부로 통합되어 구성된다. 이들 도면은 본 발명의 여러 실시예를 나타내며, 설명과 함께 본 발명의 원리 및 동작을 설명하기 위해 제공된다. 도면에 나타낸 다양한 형태를 반드시 기준화하여 도시할 필요는 없다. 실제로, 치수를 설명의 명확성을 위해 임의로 증가시키거나 감소시킬 수 있다.

도 1은 취성 재료의 리본을 형성하기 위한 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 2는 용융유리 제조장치로부터 연장되는 리본을 개략적으로 나타낸 정면도이다.

도 3은 리본에 인가된 초음파 에너지를 개략적으로 나타낸 측면도이다.

도 4는 초음파 에너지의 인가에 의해 분리하기 위한 취성 재료의 수평 시트를 나타낸 측면도이다.

도 5는 스코어 라인을 가로질러 인가된 하중과 함께 초음파 에너지의 인가에 의해 분리를 위한 취성 재료의 시트를 나타낸 측면도이다.

이하의 상세한 설명에 있어서, 설명을 위해 그리고 제한 없이, 특정 예시의 실시예가 본 발명의 전체적인 이해를 돕기 위해 기술된다. 그러나, 상기 개시의 장점을 갖는 본 발명이 여기에 기술된 특정 설명과는 다른 실시예에서 실시될 수 있다는 것은 당업자에게는 자명할 것이다. 더욱이, 공지의 기술, 방법 및 재료는 본 발명의 설명을 불명료하게 하지 않기 위해 생략될 것이다.

본 발명은 취성 재료의 휨과 충격을 필요로 하지 않고 취성 재료의 초음파 유도 분리를 제공한다. 하나의 구성에 있어서, 본 발명은 이동하는 재료의 리본으로부터 취성 재료의 판유리의 분리를 제공하며, 그 선택된 구성은 리본의 윗쪽으로 전파될 수 있는 장애의 도입을 감소시킨다. 설명의 목적을 위해, 본 발명 은 우선 이동하는 유리의 리본으로부터 판유리를 분리하는 것에 대해 기술한다.

도 1은 통상 용융공정에서 사용된 타입의 유리 제조장치(10)의 개략도이다. 상기 유리 제조장치(10)는 공동(11) 내에 용해된 유리(도시 생략)를 수용하는 형성 아이소파이프(12; forming isopipe)를 포함한다. 그 용해된 유리는 유리의 리본(20)을 형성하기 위해 상기 공동(11)의 상부 엣지를 넘어 흘러 루트(14; root)로 상기 아이소파이프(12)를 따라 내려간다. 상기 유리의 리본(20)은 상기 루트(14)를 떠난 후, 고정된 엣지 롤러(16)를 통과한다. 따라서, 상기 취성 재료의 리본(20)이 형성되어 루트(14)에서 종단(22)까지 연장되는 길이를 갖는다.

그와 같은 드로우 다운 시트(draw down sheet) 또는 용융공정은 참조로 여기에 포함된 미국특허 제3,338,686호(Dockerty) 및 미국특허 제3,682,609호(Dockerty)에 개시되어 있다. 따라서, 실시예의 설명을 불명료하게 하지 않기 위해 상세한 설명은 생략한다. 그러나, 다른 타입의 유리 제조장치가 본 발명과 함께 사용될 수 있다. 유리 형성의 종래기술에 있어서는, 박판화 다운 드로우(down draw), 슬롯 드로우(slot draw) 및 박판화 용융공정에 의해 그와 같은 구조를 달성하기 위한 다수의 방법이 있다.

그 용융공정, 또는 다른 타입의 유리 제조장치에 있어서, 유리 리본(20)이 아이소파이프(12)로부터 아래로 이동함에 따라, 그 리본은 예컨대 루트(14)에서 50mm 두께의 유연한 액체형태에서, 예컨대 종단(22)에서 약 0.03mm 내지 2.0mm 두께의 딱딱한 유리 리본으로 변한다.

리본(20)의 형성공정에 있어서, 그 리본은 루트(14)에서 액체상태로 아래로 흘러 리본의 종단(22)에서 고체상태로 변형된다. 상기 변형되는 유리 내로의 장애의 도입은 생성된 고체상태의 유리에 원하지 않는 불균일성을 야기할 수 있다. 통상적으로, 리본으로부터 판유리를 분리하기 위해서 그 리본의 고체부분에 파 형태 또는 왜곡 형태의 상당한 에너지를 도입했다. 리본의 용해부분에서 고체부분으로의 변이로 인해 그와 같은 왜곡이 윗쪽으로 이동한다. 그 왜곡이 리본의 변형부분에서 흩어져 없어짐에 따라, 불균일성 및 비선형성이 억제되지 않고 도입되어, 다음 판유리의 균일성을 감소시킬 수 있다.

리본(20)이 루트(14)로부터 내려감에 따라, 리본은 리본의 움직임을 나타내는 속도벡터로 이동하여 통상 평면의 제1측면(32; 종종 A측면이라 함) 및 통상 평면의 제2측면(34; 종종 B측면이라 함)을 갖는 통상의 평탄부재를 형성한다. 소정의 구성에 있어서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 리본(20)은 아이소파이프(12)로부터 리본의 이동 동안 표면을 조절하거나 또는 크기가 고정 롤러(16)에 맞추진 측면 비드(bead) 또는 불보스(bulbous) 부분(36)을 포함한다. 리본(20)과 관련하여, 용어 "대향된" 또는 "대향하는"은 그 리본의 제1측면과 제2측면 모두에 접촉하는 것을 의미한다.

용어 "윗쪽으로"는 리본(20)의 대상 지점에서 루트(14)까지를 의미한다. 용어 " 아래쪽으로"는 리본(20)의 대상 지점에서 종단(22)까지를 의미한다.

리본(20)으로부터 판유리(24)의 분리는 적어도 리본의 한 측면에 형성된 스코어 라인(26)을 따라 루트(14)로부터 주어진 거리의 범위 내에서 행해진다. 즉, 일정한 동작 파라메터 하에서, 유리 리본(20)은 통상 소정의 고체상태가 루트(14) 로부터 통상 일정한 거리에 이르므로 분리할 수 있다.

본 발명의 시스템은 스크라이빙 어셈블리(40), 초음파 인가장치(60; ultrasonic applicator) 및 로딩 어셈블리(80; loading assembly)를 포함한다.

상기 스크라이빙 어셈블리(40)는 리본(20)의 제1측면(32) 상에 스코어 라인(26)을 형성하기 위해 사용된다. 스크라이빙 어셈블리(40)는 스크라이브(42) 및 소정 구성에서 스코링 엔빌(44; scoring envil)을 포함한다. 설명의 목적을 위해, 상기 스크라이브(42) 및 스코링 엔빌(44)은 도 2에는 나타내고 명확성을 위해 도 3에서는 생략한 공통 캐리지(100) 상의 이동에 대해 기술했다. 상기 캐리지(100)는 프레임(102)을 따라 이동될 수 있으며, 그 캐리지의 움직임은 리본(20)의 속도벡터와 매칭시키기 위해 기계적 또는 전기기계적인 모터, 기어 랙 및 피니언 등을 포함하는 다양한 메커니즘에 의해 전달될 수 있다.

따라서, 상기 스크라이브(42)는 리본과 매칭되는 속도벡터로 리본(20)의 이동방향을 따라 이동한다. 스크라이브(42)가 리본(20)과 같은 동일한 이동방향을 따라 이동함에 따라, 상기 스코어 라인(26)은 그 리본의 이동방향을 가로질러 연장되도록 형성될 수 있다.

상기 스크라이브(42)는 한정하지 않고 다이아몬드, 카바이드, 지르코늄 또는 텅스텐을 포함하는 팁(tip), 포인트(point), 휠(wheel) 또는 레이저(laser)를 포함한 공지의 모든 다양한 구성이 될 수 있다.

스코어 라인(26)을 형성하기 위해 리본(20)과 접촉할 필요가 있는 스크라이브(42)의 구성에 있어서, 그 스크라이브는 또한 수축된 비접촉 위치와 연장된 리본 접촉 위치 사이에서 이동가능하다.

스크라이브가 접촉할 경우, 스크라이브(42)는 리본(20)의 제1표면(32)을 따라 스코어 라인(26)을 형성하기 위해 스코링 엔빌(44)과 협력한다.

통상, 스코어 라인은 시트 재료인 리본(20) 두께의 약 10%의 깊이를 갖는다. 따라서, 약 0.7mm 내지 1.3mm의 두께를 갖는 리본(20)의 경우, 스코어 라인(26)은 약 70microns 내지 130microns의 범위를 갖는 깊이를 가질 수 있다. 디스플레이 시스템, 또는 기판에 사용된 판유리의 경우, 보통 리본은 0.4mm와 3.0mm 사이의 두께를 가지므로, 그 스코어 라인(26)은 약 40microns 내지 300microns의 범위를 갖는 깊이를 가질 수 있다. 그러나, 다른 재료, 동작 온도 및 초음파 인가장치(60)는 리본(20)의 두께에 따라 스코어 라인(26)의 깊이의 조절을 필요로 한다.

리본(20)으로부터 판유리(24)의 분리에 있어서, 스코어 라인(26)은 직선으로 비드(36) 사이의 리본을 가로질러 연장된다. 따라서, 스코어 라인(26)은 스코어 라인의 길이를 따라 연장되는 세로의 크기를 갖는다.

초음파 인가장치(60)는 리본(20)에 초음파 에너지를 인가한다. 초음파 인가장치는 Honda Electronics에 의해 판매된 USW 335 Minicutter 또는 Sonics & Materials, Inc에 의해 판매된 Ultrasonic Processor Model VC-2515 및 Model VC-505와 같은 상업적으로 이용가능한 제품이다. 다양한 메커니즘이 초음파 에너지를 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 강자기 교류장(strong magnetic alternating field)의 니켈 로드와 같은 자왜 모듈레이터(magnetostrictive modulator) 또는 오실레이터 크리스탈이 사용될 수 있다. 상기 초음파 인가장 치(60)는 리본에 초음파 에너지를 도입하기 위한 커플러(62; coupler)를 포함한다. 상기 커플러(62)는 나이프(knife), 블레이드(blade), 엣지(edge) 또는 포인트(point)와 같은 다양한 구성을 가질 수 있다. 만족할 만한 커플러(62)는 길이가 약 6mm인 블레이드가 될 수 있다. 초음파 인가장치(60)를 위한 만족할 만한 전력비는 약 30W가 될 수 있다. 그러나, 특정한 리본(20)의 재료, 스코어 라인(26)의 깊이, 및 가로지르는 하중량에 따라, 초음파 인가장치(60)는 약 10W 내지 300W 범위의 전력을 가질 수 있다.

통상, 초음파 에너지는 초음파 진동의 형태가 된다. 초음파 진동의 주파수는 약 15kHz와 400kHz 사이이다. 그러나, 약 700kHz 내지 1.2MHz와 같이 400kHz 이상의 높은 주파수가 채용될 수 있으며, 용어 초음파로 포괄한다. 몇몇 문헌에서는 약 700kHz와 1.2MHz 사이의 주파수를 메가소닉(megasonic) 주파수라고 기술하고 있다. 따라서, 그와 같은 주파수가 용어 초음파로 포괄된다는 것을 알 수 있을 것이다. 초음파 주파수를 사용하는 장점이 있는데, 이는 그와 같은 주파수가 가청범위 밖에 있으며 높은 주파수와 비교적 낮은 진폭으로 인해, 이하 기술한 바와 같이 리본(20)의 충분히 높은 진폭의 진동이 원하지 않는 리본의 왜곡을 일으키게 하지 않기 때문이다. 그러나, 초음파 범위 밖의 15kHz 이하의 주파수가 사용될 수도 있다. 통상 진동의 진폭은 약 20㎛ 내지 100㎛의 범위이며, 바람직하게는 약 40㎛ 내지 80㎛의 범위이다. 그러나, 특정 진동의 진폭은 부분적으로 커플러(62)의 구성 뿐만 아니라 취성 재료의 성분 및 크기에 의해 결정된다.

도 2 및 3에 나타낸 로딩 어셈블리(80)는 스코어 라인의 세로 크기로 가로지 르는 리본(20) 상에 하중 또는 힘(L)을 인가하기 위해 채용된다. 즉, 그 하중은 리본(20)의 이동방향을 따른다. 리본(20)으로부터 판유리(24)를 분리하기 위한 구성에 있어서, 그 하중은 속도벡터(V)를 따른다. 그러나, 그 횡단 하중(또는 장력)이 리본(20)에 인가된 하중 또는 힘 벡터의 성분이라고 생각한다.

하나의 구성에 있어서, 상기 로딩 어셈블리(80)는 또한 스코어 라인(26) 아래의 리본(20)을 채용하여 그 리본(20)으로부터의 분리에 따른 판유리(24)의 제거를 제어한다. 대표적인 로딩 및 판유리 채용 어셈블리(80) 및 운송기가 여기에 참조로 명백하게 통합된 미국특허 제6,616,025호에 기술되어 있다.

로딩 어셈블리(80)는 연진공 흡인 컵(soft vacuum suction cup)과 같은 판유리 채용부재(82)를 포함한다. 클램프(clamp)와 같이 판유리(24)를 채용하기 위한 또 다른 장치가 사용될 수 있다. 다수의 판유리 채용부재(82)가 판유리(24)의 크기, 두께 및 무게에 따라 변경될 수 있다.

로딩 어셈블리(80)는 스코어 라인(26)을 가로지르는 하중을 인가하기 위한 다양한 메커니즘을 채용할 수 있다. 예컨대, 공압 또는 유압 피스톤 또는 실린더가 리본(20)의 속도벡터와 동일한 또는 같은 시간대의 힘을 인가하기 위해 판유리 채용부재에 연결될 수 있다. 바람직하게, 로딩 어셈블리(80)는 스코어 라인(26)을 가로지르는 제어가능하면서 조절가능한 횡단력을 인가할 수 있다. 통상 하중값은 스코어 라인의 길이 및 분리되는 재료에 따라 약 2파운드 내지 50파운드의 범위가 되며, 일반적으로, 크랙 확대의 효율을 향상시키기 위해 로딩 어셈블리에 의해 충분한 장력을 인가하는 장점을 갖는다.

상기 로딩 어셈블리(80)는 스코어 라인(26)이 형성되기 전 또는 후에 리본(20)을 채용할 수 있다.

제어기(90)는 구성요소들의 동작을 조정하기 위해 스크라이빙 어셈블리(40), 초음파 인가장치(60) 및 로딩 어셈블리(80) 중 적어도 하나에 배선 또는 무선으로 조종하기 쉽게 연결될 수 있다. 상기 제어기(90)는 구성요소들 중 어느 하나에 삽입된 프로세서일 수 있다. 선택적으로, 상기 제어기(90)는 상기 스크라이빙(40), 초음파 인가장치(60) 및 로딩 어셈블리(80)의 협력 제어에 의해 리본(20)으로부터 판유리(24)를 분리할 수 있도록 프로그램된 전용 프로세서 또는 컴퓨터일 수 있다. 즉, 제어기(90)는 스코어 라인(26)의 형성, 스코어 라인에 걸친 장력의 인가 및 초음파 에너지의 인가를 순차적으로 행할 수 있게 한다.

동작에 있어서, 스크라이빙 어셈블리(40)는 리본(20)의 제1측면(32)을 가로지르는 스코어 라인(26)을 형성한다. 다음에, 커플러(62)는 리본(20)의 제2측면(34)에 접촉하여 그 리본(20)에 통상 초음파 진동의 형태로 초음파 에너지를 전달한다. 리본(20)에 접촉함으로써, 커플러(62)는 리본에 비교적 높은 효율의 에너지 전송을 제공한다. 커플러는 스코어 라인의 약간 위로 또는 아래로 그 스코어 라인(26)에 대향하는 리본(20)의 제2측면(34)과 접촉할 수 있다. 통상, 커플러(62)와의 접촉은 스코어 라인(26)의 아래로 약 1~20mm 내이다. 커플러(62)는 그 시트의 비스코어측에 제공된다. 커플러(62)가 리본(20)과 접촉하는 정확한 위치는 일부 커플러의 형태에 따른다. 통상, 커플러는 0.1~20mm의 폭을 갖는다. 예컨대, 0.1mm의 좁은 폭을 갖는 커플러(62)의 경우, 커플러는 0.1mm의 스코어 라 인(26)을 따라 리본(20)의 비스코어측을 터치한다. 보다 큰 커플러의 경우, 커플러(62)의 중심이 스코어 라인(26)의 배면을 터치하는데 유리하다. 커플러(62)는 스코어 라인(26)의 수직 위치의 약 1mm 내에서 리본(20)과 접촉할 수 있다. 즉, 내려가는 리본(20)의 경우, 만약 스코어 라인(26)이 주어진 높이로 수평하게 연장되면, 커플러(62)는 주어진 높이의 약 1mm 내에서 리본(20)의 비스코어측과 접촉한다. 커플러(62)의 크기가 감소함에 따라, 스코어 라인(26)과 커플러와의 접촉간 거리는 감소된다.

초음파 에너지는 스코어 라인(26)을 따라 크랙을 개시하고, 이후 스코어 라인을 따라 크랙 확대를 개시한다. 초음파 진동의 진폭, 스코어 라인(26)의 깊이, 스코어 라인에 걸쳐 인가된 장력의 양 및 리본(20)의 성분에 따라, 크랙 확대는 스코어 라인의 깊이 15 내지 20인치의 약 5배 또는 스코어 라인의 전체 길이까지 스코어 라인을 따라 확장될 수 있다.

또한, 커플러(62)는 리본(20)의 스코어된 측면인 제1측면(32)과 접촉될 수도 있다. 스코어 라인(26)의 위치에 따른 리본(20)과 커플러(62) 접촉의 수직 간격은 미리 설정된 것에 따른다. 리본(20)에 초음파 에너지를 커플링하기 위한 그와 같은 위치에는 스코어 라인(26)에 따른 크랙 개시 및 확대를 제공하는 한편, 잠재적으로는 원하지 않는 파편 생성을 초래한다. 따라서, 파편 생성을 감소시키기 위해, 커플러(62)는 리본(20)의 비스코어측과 접촉하는 것이 바람직하다.

더욱이, 단일 또는 다수의 커플러(62)가 스코어 라인(26)을 따라 크랙 확대를 이끌기 위해 리본(20)과 동시에 또는 순차적으로 접촉될 수 있다. 그러나, 다 수의 개시지점으로부터 생성되는 크랙들이 약간 다른 취성 재료의 평면들을 따라 확장될 수 있기 때문에, 단일 개시지점에서 전체 길이의 스코어 라인을 따라 크랙 확대를 제공하도록 충분한 초음파 에너지와 함께 스코어 라인(26)에 걸쳐 충분한 하중을 인가하는 것이 바람직하다. 또한, 초음파 에너지는 크랙 확대 동안 연속적으로 인가되는 것이 바람직하다.

도 4에 따르면, 유리의 스코어된 시트(20')가 수평면 상에 배치되고 초음파 인가는 시트(20')의 비스코어측에 초음파 에너지를 도입시킨다. 도 5에 있어서, 시트(20')가 클램프(18)에 의해 기판과 클램핑되고, 로드(L)가 스코어 라인(26)의 길이에 따라 인가된다.

이론적으로, 초음파 인가장치(60)는 리본(20)에 낮은 진폭의 진동을 전달한다. 만약 리본(20)이 팽팽해지면, 진동이 효율적으로 전파되어 유리에 스코어 라인(26)과 같은 흠이 존재하는 곳에 크랙을 야기한다.

특정의 예시와 관련하여, 본 발명을 제한하지 않고 본 발명을 좀더 기술하기 위한 제1예에서는 70micron의 깊이를 갖는 스코어 라인(26)이 0.7mm의 두께를 갖는 유리시트에 형성된다. 따라서, 그 스코어 라인은 기판 두께의 10%의 깊이를 갖는다. 도 4에 나타낸 바와 같이 수평면과 접촉하는 스코어된 측을 갖는 그 시트는 수평면 상에 지지된다. 약 6mm의 길이를 가지면서 20kHz에서 동작하는 블레이드 커플러(62)를 갖춘 초음파 인가장치(60)는 통상 스코어 라인(26)에 대향하는 시트와 접촉하는 위치에 위치된다. 결과의 크랙 확대 거리는 약 5 내지 6cm이다. 스코어 라인(26)이 그 시트 두께의 약 5%의 깊이를 갖고, 6mm의 긴 커플러에 의한 동일한 20kHz의 진동을 인가할 경우, 결과적으로 크랙이 개시되지 않아 크랙 확대도 없다. 따라서, 리본에 장력이 인가되지 않을 때, 20kHz의 초음파 에너지의 인가에 따른 크랙 확대를 가능하게 하기 위한 스코어 라인(26)의 임계 깊이가 있어야 한다.

제2예에 있어서, 스코어 라인(26)은 두께 0.7mm의 가로 약 1.3m, 세로 약 1.1m의 직사각형 유리시트에 형성된다. 그 스코어 라인은 70㎛(시트 두께의 10%)의 깊이를 갖고 시트의 폭을 따라 확장된다. 그 스코어된 시트는 수평으로 확장되는 스코어 라인(26)과 수직방향이며, 6파운드 하중이 스코어 라인 아래의 시트에 부여된다. 제1예에서 사용된 바와 같은 20kHz에서 동작하는 동일한 초음파 인가장치(60)는 시트의 비스코어측과 접촉하는 커플러(62)를 갖추어 사용된다. 관찰되는 트위스트-핵클 없이 단일의 개시지점으로부터 스코어 라인(26)의 전체 길이를 따라 크랙이 개시되어 확대된다.

제3예에 있어서, 스코어 라인(26)은 두께 0.7mm의 가로 약 1.3m, 세로 약 1.1m의 직사각형 유리시트에 형성된다. 그 스코어 라인은 70㎛(시트 두께의 10%)의 깊이를 갖고 시트의 폭을 따라 확장된다. 그 스코어된 시트는 수평으로 확장되는 스코어 라인과 수직방향이다. 외부 장력 하중이 스코어 라인(26)에 걸쳐 인가되지 않았다. 즉, 시트에 장력이 인가되지 않았다. 시트의 무게는 상기 제2예의 시트와 동일하다. 시트의 무게만이 스코어 라인(26)에 걸쳐 영향을 미칠 뿐이다. 제2예에서 사용된 바와 같은 커플러(62)를 갖춘 20kHz에서 동작하는 동일한 초음파 인가장치(60)는 시트의 비스코어측과 접촉한다. 약 0.7m의 스코어 라 인(26)을 따라 크랙이 개시되어 확대된 후 정지된다. 따라서, 스코어 라인을 따라 횡단 하중이 인가되거나, 또는 보다 높은 초음파 진동이 스코어 라인의 전체 길이를 따라 크랙 확대를 제공하도록 인가되어야 할 것으로 생각된다.

본 발명을 상기와 같이 특정 예시의 실시예로 기술했지만, 상기의 실시예로 한정하지 않고, 부가된 청구항의 목적 및 배경을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 실시할 수 있다.

Claims

스코어 라인을 따라 크랙을 유도하여 그 크랙을 확대시키기 위해 스코어 라인을 갖는 시트에 충분한 초음파 에너지를 인가하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 취성 재료의 시트를 분리하기 위한 방법.
제1항에 있어서,

상기 초음파 에너지로서 초음파 진동을 채용하는 단계를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 취성 재료의 시트를 분리하기 위한 방법.
제1항에 있어서,

상기 스코어 라인 깊이의 적어도 5배로 상기 크랙을 확대시키기 위한 충분한 초음파 에너지를 인가하는 단계를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 취성 재료의 시트를 분리하기 위한 방법.
제1항에 있어서,

상기 시트의 스코어된 측에 상기 초음파 에너지를 인가하는 단계를 더 구비 하여 이루어진 것을 특징으로 하는 취성 재료의 시트를 분리하기 위한 방법.
제1항에 있어서,

상기 스코어 라인에 직접 상기 초음파 에너지를 인가하는 단계를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 취성 재료의 시트를 분리하기 위한 방법.
제1항에 있어서,

상기 시트의 비스코어측에 상기 초음파 에너지를 인가하는 단계를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 취성 재료의 시트를 분리하기 위한 방법.
제1항에 있어서,

상기 스코어 라인의 길이를 따라 상기 시트에 장력을 인가하는 단계를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 취성 재료의 시트를 분리하기 위한 방법.
제1항에 있어서,

약 20kHz 이상의 주파수를 갖는 초음파 에너지를 인가하는 단계를 더 구비하 여 이루어진 것을 특징으로 하는 취성 재료의 시트를 분리하기 위한 방법.
제1항에 있어서,

상기 충분한 초음파 에너지를 인가하는 단계는 상기 시트를 진동부재와 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 취성 재료의 시트를 분리하기 위한 방법.
제1항에 있어서,

상기 스코어 라인을 스코어 라인 깊이의 적어도 5배가 되도록 형성하는 단계를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 취성 재료의 시트를 분리하기 위한 방법.
제1항에 있어서,

상기 시트를 이동 리본으로서 형성하는 단계를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 취성 재료의 시트를 분리하기 위한 방법.
시트에 스코어 라인을 형성하는 단계;

상기 스코어 라인의 길이를 따라 시트에 장력을 인가하는 단계; 및

상기 스코어 라인을 따라 크랙을 개시하여 확대시키기 위해 상기 시트에 초음파 에너지를 인가하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 취성 재료의 시트를 분리하기 위한 방법.
제12항에 있어서,

시트 재료 두께의 약 10% 깊이를 갖도록 상기 스코어 라인을 형성하는 단계를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 취성 재료의 시트를 분리하기 위한 방법.
제12항에 있어서,

상기 초음파 에너지를 초음파 진동의 형태로 인가하는 단계를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 취성 재료의 시트를 분리하기 위한 방법.
시트 재료에 스코어 라인을 형성하는 스크라이빙 어셈블리;

상기 스코어 라인을 따라 크랙 개시 및 확대를 유도하기 위해 시트에 초음파 에너지를 커플링하는 초음파 인가장치; 및

상기 스크라이빙 어셈블리 및 상기 초음파 인가장치에 연결되며, 상기 스코어 라인의 형성 후 상기 시트에 초음파 에너지를 커플링하도록 선택된 제어기를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 시트 재료를 분리하기 위한 장치
제15항에 있어서,

상기 스코어 라인의 길이를 따라 힘을 인가하기 위한 로딩 어셈블리를 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 시트 재료를 분리하기 위한 장치.
제15항에 있어서,

상기 초음파 인가장치는 블레이드 형태의 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 시트 재료를 분리하기 위한 장치.
제15항에 있어서,

상기 초음파 인가장치는 엣지 형태의 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 시트 재료를 분리하기 위한 장치.
제15항에 있어서,

상기 초음파 인가장치는 포인트 형태의 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 시트 재료를 분리하기 위한 장치.
제15항에 있어서,

상기 초음파 인가장치는 취성 재료에 초음파 진동을 전달하는 것을 특징으로 하는 시트 재료를 분리하기 위한 장치.